Jak určit výkon transformátoru: vzorec pro zjištění průřezu magnetického obvodu, jak vypočítat vinutí

Výpočet transformátoru Nízkonapěťová zařízení jsou široce používána v každodenním životě a technologii. Tato skutečnost vyžaduje použití zařízení, které sníží standardní napětí na požadovanou úroveň. Je nutné vytvořit zařízení splňující platné normy. Elektrikář stojí před úkolem, jak určit výkon transformátoru. Znalost základních fyzikálních zákonů pomáhá řešit problém.

Obsah

  • Teorie a historie
  • Výpočet parametrů zařízení
    • Stanovení výkonu
    • Výpočet úseku jádra
    • Výpočet počtu otáček
    • Proudy ve vinutí
    • Průměr drátu
  • Typy a aplikace transformátorů

Teorie a historie

Latinské slovo transformare se do ruštiny překládá jako „transformace“. Transformátor je navržen tak, aby změnil úroveň vstupního napětí o určitou hodnotu. Zařízení se skládá z jednoho nebo více vinutí na uzavřeném magnetickém obvodu. Cívky jsou navinuté z hliníkového nebo měděného drátu. Jádro je sestaveno z desek se zvýšenými feromagnetickými vlastnostmi.

Jak určit výkon transformátoruPrimární vinutí je připojeno k elektrické síti střídavého proudu. Zařízení, které vyžaduje napětí jiné velikosti, je součástí sekundárního vinutí.

instagram viewer

Po připojení k výkonovému transformátoru se v magnetickém obvodu objeví uzavřený magnetický tok, který v každé cívce indukuje střídavou elektromotorickou sílu. Faradayův zákon říká, že EMF se rovná rychlosti změny magnetického toku, který prochází elektromagnetickým obvodem. Znaménko mínus označuje opačný směr magnetického pole a EMF.

Vzorec e = - n (∆Ф ∕ ∆ t) kombinuje následující pojmy:

  • Elektromotorická síla e, vypočtená ve voltech.
  • Počet závitů n v induktoru.
  • Magnetický tok Ф, jehož jednotka měření se nazývá weber.
  • Čas t potřebný pro jednu fázi změny magnetického pole.

Vzhledem k nevýznamnosti ztrát v induktoru se EMF rovná napětí ve vinutí. Poměr napětí v primárním a sekundárním vinutí je roven poměru počtu závitů ve dvou cívkách. Odtud je odvozen vzorec transformátoru:

K≈U₁∕U₂≈n₁∕n₂.

Výpočet vinutí transformátoru

Koeficient K je vždy větší než jedna. V transformátoru se mění pouze napětí a proud. Vzájemně vynásobené určují výkon zařízení, konstantní hodnotu pro konkrétní zařízení. Poměr proudu a napětí ve vinutí ukazuje vzorec:

K = n₁∕n₂ = I₂∕I1 = U1∕U2.

Jinými slovy, kolikrát se sníží napětí v sekundárním vinutí ve srovnání s napětím v primární cívce, tolikrát je proud v sekundární cívce větší než proud v primárním vinutí. Různá napětí jsou nastavena počtem závitů v každé tlumivce. Vzorec K-faktoru vysvětluje, jak vypočítat transformátor.

Transformátor je navržen pro provoz v obvodu střídavého napětí. Stejnosměrný proud neindukuje EMF v magnetickém obvodu a elektrická energie se nepřenáší do jiného vinutí.

V roce 1822 se Faraday zabýval myšlenkou, jak přeměnit magnetismus na elektrický proud. Roky výzkumu vedly k vytvoření série článků, které popisují fyzikální jev elektromagnetické indukce. Základní práce byla publikována ve vědeckém časopise Anglické královské společnosti.

FaradayPodstatou experimentů bylo, že výzkumník navinul dva kusy měděného drátu na železný prstenec. K jedné z cívek byl připojen stejnosměrný proud. Galvanometr připojený ke kontaktům jiného vinutí zaznamenal krátkodobý výskyt napětí. Pro obnovení indukce experimentátor odpojil napájení a poté sevřel kontakty zpět k baterii.

Práce Michaela Faradaye byla vysoce oceněna vědeckou komunitou Spojeného království. V roce 1832 získal fyzik prestižní ocenění. Za vynikající práci v oblasti elektromagnetismu byl vědec oceněn Copleyho medailí.

Zařízení sestavené Faradayem však lze jen stěží nazvat transformátorem. Zařízení, které skutečně převádělo napětí a proud, bylo patentováno v Paříži 30. listopadu 1876. V 80. letech minulého století vynálezce a konstruktér transformátoru P. N. Yablochkov žil ve Francii. Současně vynikající ruský elektrotechnik představil světu prototyp světlometu - "Jabločkovova svíčka".

Výpočet parametrů zařízení

Někdy se zařízení dostane do rukou elektrikáře bez popisu technických vlastností. Poté odborník určí výkon transformátoru podle průřezu magnetického obvodu. Plocha průřezu se zjistí vynásobením šířky a tloušťky jádra. Výsledné číslo je na druhou. Výsledek bude udávat přibližný výkon zařízení.

Výpočet výkonového transformátoruJe žádoucí, aby plocha magnetického obvodu mírně překročila vypočítanou hodnotu. V opačném případě se tělo jádra dostane do oblasti nasycení magnetického pole, což povede k poklesu indukčnosti a odporu cívky. Tento proces zvýší úroveň protékajícího proudu, což způsobí přehřátí a poruchu zařízení.

Praktický výpočet výkonového transformátoru nezabere mnoho času. Například domácí řemeslník má za úkol osvětlit pracovní plochu v garáži. V místnosti je domácí zásuvka 220 V, do které je potřeba zapojit svítidlo se svítidlem 40 W 36 V. Je nutné vypočítat technické parametry snižovacího transformátoru.

Stanovení výkonu

Jak vypočítat transformátorBěhem provozu zařízení jsou tepelné ztráty nevyhnutelné. Při zátěži nepřesahující 100 W je účinnost 0,8. Skutečný požadovaný výkon transformátoru P₁ je určen dělením výkonu lampy P₂ účinností:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0,8 = 50

Zaokrouhlení je hotovo. Výsledek 50 W.

Výpočet úseku jádra

Velikost magnetického obvodu závisí na výkonu transformátoru. Plocha řezu se určí následovně.

S = 1, 2 ∙ √P₁ = 1, 2 ∙ 7, 07 = 8, 49

Průřez jádra musí mít plochu nejméně 849 cm².

Výpočet počtu otáček

Oblast magnetického obvodu pomáhá určit počet závitů drátu na volt napětí:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8,49 = 5,889.

Potenciální rozdíly jednoho voltu budou odpovídat 5,89 otáčkám drátu kolem jádra. Primární vinutí s napětím 220 V se tedy skládá z 1296 závitů a pro sekundární cívku je potřeba 212 závitů. V sekundárním vinutí dochází vlivem odporu drátu ke ztrátám napětí. V důsledku toho odborníci doporučují zvýšit počet závitů výstupní cívky o 5-10%. Opravený počet otáček bude 233.

Výkon transformátoru na průřezu magnetického obvodu

Proudy ve vinutí

Dalším krokem je nalezení proudu v každém vinutí, který se vypočítá vydělením výkonu napětím. Po několika jednoduchých výpočtech se získá požadovaný výsledek.

V primární cívce I1 = P₁ ∕ U1 = 50 ∕ 220 = 0,23 ampéru a v sekundární cívce I2 = P2 ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1,112 ampéru.

Průměr drátu

Výpočet vinutí transformátoru je dokončen určením tloušťky drátu, jehož průřez se vypočítá podle vzorce: d = 0,8 √ I. Izolační vrstva se nebere v úvahu. Vstupní vodič cívky musí mít průměr:

d₁ = 0,8 √I₁ = 0,8 √0,23 = 0,8 ∙ 0,848 = 0,838.

K navinutí výstupního vinutí potřebujete drát o průměru:

d₂ = 0,8 √I₂ = 0,8 √1,12 = 0,8 ∙ 1,06 = 0,885.

Rozměry jsou v milimetrech. Po zaokrouhlení se ukáže, že primární cívka je navinutá drátem o tloušťce 0,5 mm a pro sekundární vinutí je vhodný drát 1 mm.

Typy a aplikace transformátorů

Oblasti použití transformátorů jsou rozmanité. Zařízení, která zvyšují napětí, se používají pro průmyslové účely k přenosu elektřiny na velké vzdálenosti. Snižovací transformátory se používají v elektronice a pro připojení domácích spotřebičů.

Někteří řemeslníci, nespokojení s nízkým napětím v síti, riskují zapnutí domácích spotřebičů přes zvyšovací transformátor. Spontánní přepětí může způsobit, že jasné světlo v místnosti nahradí velmi jasné plameny ohně.

Podle úkolů, které transformátor řeší, jsou zařízení rozdělena do hlavních typů:

  • Výpočet výkonu transformátoruAutotransformátor má jedno magnetické jádro, na kterém je namontován induktor. Některé závity fungují jako primární vinutí a zbytek závitů působí jako sekundární cívky.
  • Měniče napětí pracují v měřicích přístrojích a v obvodech ochrany relé.
  • Proudové měniče jsou určeny pro galvanické oddělení v signalizačních a řídicích sítích.
  • Pulzní transformátory se používají v počítačích, automatizaci, komunikačních systémech.
  • Výkonová zařízení pracují s napětím až 750 kilovoltů.

Jakákoli změna parametrů elektřiny v obvodu je spojena s transformátorem. Osoba, která navrhuje elektronické obvody, musí znát podstatu elektromagnetismu. Technologie výpočtu vinutí transformátoru je založena na základních vzorcích fyziky.

Na elektrotechnika zabývajícího se rutinou vinutí transformátoru je třeba vzpomenout laskavým slovem strýce Faradaye, který objevil úžasný zákon elektromagnetické indukce. Při pohledu na hotové zařízení je třeba vzpomenout i na velkého krajana, ruského vynálezce Pavla Nikolajeviče Jabločkova.

Bezdrátový zvonek ke dveřím do bytu a soukromého domu: zařízení, výhody a nevýhody oproti běžnému

Bezdrátový zvonek ke dveřím do bytu a soukromého domu: zařízení, výhody a nevýhody oproti běžnémuStavba A Opravy

Technologie v dnešní době pronikají do všech sfér života a dělají ho pohodlnějším a bezpečnějším. Mnoho lidí si instaluje bezdrátový zvonek do bytu. Při jeho výběru je třeba vzít v úvahu některé fa...

Přečtěte Si Více
Jaký je rozdíl mezi mixérem a mixérem: jejich vlastnosti a odrůdy, výhody a nevýhody, co je lepší

Jaký je rozdíl mezi mixérem a mixérem: jejich vlastnosti a odrůdy, výhody a nevýhody, co je lepšíStavba A Opravy

V moderním světě má člověk mnoho elektrických pomocníků, kteří usnadňují úklid domu a přípravu jídla a také výrazně šetří čas. Jejich rozmanitost někdy vede k obtížné volbě při nákupu toho či onoho...

Přečtěte Si Více
Potřeba mixéru v kuchyni: hlavní typy zařízení a jejich funkce, vlastnosti použití a péče

Potřeba mixéru v kuchyni: hlavní typy zařízení a jejich funkce, vlastnosti použití a péčeStavba A Opravy

V současné době je na trhu velké množství typů domácích spotřebičů. Mnoho zařízení však stále vyvolává určité zmatky. Například, proč je v kuchyni potřeba mixér, není stále všem jasné. Mnoho lidí s...

Přečtěte Si Více